DE102006004191B4 - Deterministic communication system - Google Patents
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- H04L12/403—Bus networks with centralised control, e.g. polling
Abstract
Verfahren
zum Steuern eines Kommunikationssystems (1) zum Austausch von Audio-Daten zwischen
mehreren Teilnehmern, wobei das Kommunikationssystems (1) umfasst:
mehrere
System-Teilnehmer (T; T1, T2, T3) für eine Zwischenspeicherung
von Audio-Daten,
einen Kontroll-Bus (14) für die Übertragung von Steuerbefehlen
an die System-Teilnehmer
(T; T1, T2, T3),
einen Daten-Bus (12) für die Ausgabe von Audio-Daten durch
die System-Teilnehmer (T; T1, T2, T3),
eine Zentral-Einheit
(10), die von den mehreren System-Teilnehmern (T; T1, T2, T3) die
Audio-Daten über
den Kontroll-Bus (14) abruft und die Audio-Daten über den
Datenbus (12) empfängt,
gekennzeichnet
durch die Schritte
während
einer Initialisierungsphase Überprüfen der
Identität
der System-Teilnehmer (T; T1, T2, T3) durch die Zentral-Einheit
(10);
während
einer Konfigurationsphase Übermitteln
eines vorgegebenen Daten-Rahmens
mit einem ersten Synchronisierungssignal (51), der Teilnehmer-Adresse
(52) eines System-Teilnehmers (T; T1, T2, T3), einem Nutzdaten-Feld (54)
und einem zweiten Synchronisierungssignal (51) durch die Zentral-Einheit
(10) über
den Kontroll-Bus...A method of controlling a communication system (1) for exchanging audio data between a plurality of subscribers, the communication system (1) comprising:
several system subscribers (T; T1, T2, T3) for buffering audio data,
a control bus (14) for the transmission of control commands to the system users (T; T1, T2, T3),
a data bus (12) for the output of audio data by the system subscribers (T; T1, T2, T3),
a central unit (10) retrieving from the plurality of system subscribers (T; T1, T2, T3) the audio data via the control bus (14) and receiving the audio data via the data bus (12),
characterized by the steps
during an initialization phase, checking the identity of the system subscribers (T; T1, T2, T3) by the central unit (10);
during a configuration phase, transmitting a predetermined data frame with a first synchronization signal (51), the user address (52) of a system user (T; T1, T2, T3), a payload data field (54) and a second synchronization signal ( 51) through the central unit (10) via the control bus ...
Description
Die Erfindung betrifft ein deterministisches Kommunikations-System insbesondere zur Anwendung in Avionik-Systemen.The The invention relates to a deterministic communication system in particular for use in avionics systems.
Das erfindungsgemässe System kann bei Fluggeräten jeder Art angewendet werden, insbesondere bei Flugzeugen und Flugkörpern. Die Erfindung kann allgemein für Echzeit-Anwendungen verwendet werden, d.h. für Systeme, die unter Zeitbedingungen miteinander kommunizieren und bei denen die Erreichung der System-Funktionen vom zeitgerechten Austausch von Daten abhängt.The invention System can be used on aircraft of any kind, especially for airplanes and missiles. The Invention is generally applicable to Real-time applications are used, i. for systems operating under time conditions communicate and in which the achievement of the system functions depends on the timely exchange of data.
Aus dem Stand der Technik sind konventionelle Ethernet-Verbindungen bekannt, bei denen Systeme mit dezentralen oder verteilten Modulen verwendet werden, die Zugriff auf den Ethernet-Bus besitzen. Bekannt ist in diesem Zusammenhang der CSMA/CD (Carrier Sense multiple Access with Collision Detect). Dieses System ist jedoch für Echtzeit-Anwendungen ungeeignet, da es selbstblockierend sein kann und auch kein deterministisches Verhalten aufweist.Out The prior art is conventional Ethernet connections known in which systems with decentralized or distributed modules used which have access to the Ethernet bus. Is known in In this context, the CSMA / CD (Carrier Sense multiple Access with Collision Detect). However, this system is unsuitable for real-time applications, because it can be self-blocking and not deterministic Behavior.
Aus
der
Ferner ist aus Hammond, Joseph L., O'Reilly, Peter J.P., "Performance Analysis of Local Computer Networks"; Reading, Mass., USA, Addison-Wesley Publ. Company, Inc, 1986, S. 193-198, ISBN 0-201-11530-1, ein Kommunikationssystem bekannt, bei dem System-Teilnehmer in regelmäßigen Abständen durch einen zentralen Computer abgefragt werden. Ein derartiges "Polling"-System kann so gesteuert werden, dass der zentrale Computer alle Teilnehmer einzeln anspricht ("roll-call"), oder so dass der zentrale Computer einen ersten Teilnehmer anspricht und dieser dann den nächsten Teilnehmer usw. ("hub-mode").Further is from Hammond, Joseph L., O'Reilly, Peter J.P., "Performance Analysis of Local Computer Networks; Reading, Mass., USA, Addison-Wesley Publ. Company, Inc, 1986, pp. 193-198, ISBN 0-201-11530-1, a communication system known to the system subscriber at regular intervals through a central Computer to be queried. Such a "polling" system can be controlled so that the central computer addresses all participants individually ("roll-call"), or so that the central Computer addresses a first participant and this then the next participant etc. ("hub-mode").
Aus US 2005/0144338 A1 ist eine Datenübertragungsvorrichtung bekannt, bei der ein Datentransfer zwischen einer Master-Einrichtung und mehreren Slave-Einrichtungen erfolgt. Dabei kommt ein Verfahren zum Einsatz, das auf einem Doppel-Puffer beruht, während man normalerweise mit einfachen Puffern arbeitet. Beim Datentransfer werden ein erster und ein zweiter Puffer als Umsetzer oder Relais verwendet, wobei beide Puffer beim Datentransfer als Umsetzer eingesetzt werden und das Lesen und Schreiben der Daten gleichzeitig stattfindet.Out US 2005/0144338 A1 discloses a data transmission device, in the case of a data transfer between a master device and several slave devices takes place. Here comes a procedure used, which relies on a double buffer while one usually works with simple buffers. During data transfer a first and a second buffer are used as converters or relays, where both buffers are used as data transfer transducers and the reading and writing of the data takes place simultaneously.
Aus
Aus
Aus
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein deterministisches Kommunikations-System mit einem möglichst geringen Protokoll-Aufwand verfügbar zu machen.It The object of the invention is a deterministic communication system with one as possible low protocol overhead available close.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 9 gelöst. Weitere Ausführungen sind in den auf diese rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.These Task is with the features of the independent claims 1 and 9 solved. further explanation are referenced in the on this dependent claims specified.
Erfindungsgemäß ist ein Kommunikations-System mit System-Teilnehmern und einem diese verbindenden Bus zum Austausch von Daten zwischen den System-Teilnehmern sowie einer Zentral-Einheit zur Konfiguration der Kommunikation zwischen den Teilnehmern vorgesehen. Die System-Teilnehmer stehen durch einen Kontroll-Bus und einen Daten-Bus mit der Zentral-Einheit in Verbindung. Die Zentral-Einheit ist in der Kontrollbus-Verbindung der einzige Transmitter und in der Datenbus-Verbindung der einzige Empfänger, wobei auch der Kontroll-Bus zusätzlich Daten an die System-Teilnehmer enthalten kann. Der Bus-Zugriff durch die Teilnehmer wird mittels der Zentral- Einheit gesteuert, so dass die Übertragung von Daten von einem Teilnehmer aus über den Daten-Bus zur Zentral-Einheit und von dort zu dem empfangenden System-Teilnehmer erfolgt. In der Zentral-Einheit ist ein Austausch-Zwischenspeicher vorgesehen ist, mit dem zum Daten-Austausch zwischen den Teilnehmern eine Spiegelung empfangener Daten und eine Weitergabe an die Sende-Einrichtung der Zentral-Einheit erfolgen kann.According to the invention is a Communication system with system participants and one connecting them Bus for exchanging data between the system participants as well a central unit for the configuration of communication between provided to the participants. The system participants stand by one Control bus and a data bus connected to the central unit. The central unit is the only one in the control bus connection Transmitter and in the data bus connection the only receiver, where also the control bus in addition Data to the system participants may contain. The bus access by the participants is by means of the central unit controlled, so the transmission from a subscriber via the data bus to the central unit and from there to the receiving system subscriber. In the central unit An exchange buffer is provided with which for data exchange between the participants a reflection of received data and a Passing on to the transmitting device of the central unit done can.
Erfindungsgemäß ist ein digitales Kommunikations-System oder Avionik-System mit einer Zentraleinheit vorgesehen, die als ein Master oder ein Controller oder eine Steuereinheit für den Zugriff durch und Austausch mit anderen System Modulen agiert. Dabei wird ein in Zeitscheiben übertragendes System verwendet, das mehrere Teilnehmer mittels zweier voneinander getrennter Bus-Systeme verbindet (time division multiplexed system with dual loop communication). Dieses System kann auf der Basis einer Standard Ethernet-Anordnung beruhen.According to the invention is a digital communication system or avionics system with a central unit provided that as a master or a controller or a control unit for the Access through and exchange with other system modules. there becomes a time-slicing system used multiple participants by means of two separate Bus systems (time division multiplexed system with dual loop communication). This system can be based on a standard Ethernet configuration based.
Da das erfindungsgemässe Kommunkations-System einen deterministischen Bus-Zugriff mittels einer zentralen Steuer-Einheit besitzt, ist eine relativ hohe Zuverlässigkeit erreichbar.There the inventive Kommunkations system using a deterministic bus access a central control unit has a relatively high reliability reachable.
Das erfindungsgemäße System ist insbesondere zur Übermittlung von Steuer- oder Schalt-Signalen und digitalisierten Analogsignalen, insbesondere zur schnellen Übermittlung dieser Signale, geeignet.The inventive system is in particular for transmission from tax or Switching signals and digitized analog signals, in particular for fast transmission of these signals, suitable.
Das erfindungsgemäße System ermöglicht eine vorteilhafte Organisation des Daten-Busses wegen einer modularen System-Struktur mittels zweier getrennter Bus-Leitungen, die beide mit den verschiedenen System-Teilnehmern verbunden sind. Eine Zentral-Einheit verwendet einen Kontroll-Bus als Steuer-Bus zur Übermittlung von Daten nur von der Zentral-Einheit aus zu den Teilnehmern. Die angekoppelten Teilnehmer übermitteln die Daten über einen Daten-Bus.The inventive system allows one advantageous organization of the data bus because of a modular System structure by means of two separate bus lines, both connected to the various system subscribers. A central unit uses a control bus as a control bus for transferring data only from the Central unit out to the participants. Submit the connected participants the data about one Data bus.
Mit der modularen System-Struktur nach der Erfindung wird erreicht, dass ein Fehlerfall bei einem der angekoppelten Teilnehmer das System nicht außer Funktion setzen oder den gesamten Datenaustausch blockieren kann.With the modular system structure according to the invention is achieved that an error in one of the connected participants the system not except Set function or block the entire data exchange.
Das erfindungsgemäße System verbessert das Bus-Konzept durch die Verwendung von zwei getrennten Bus-Leitungen, von denen jede mit den verschiedenen Teilnehmern verbunden ist. Zur Übertragung von Daten von der Zentral-Einheit aus steht der an dieser angekoppelte Kontroll-Bus zur Verfügung. Die Übertragung der Daten von den System-Teilnehmern an die Zentral-Einheit erfolgt über den Daten-Bus, der die System-Teilnehmer mit der Zentral-Einheit verbindet.The inventive system improves the bus concept by using two separate ones Bus lines, each with the different participants connected is. For transmission Data from the central unit is the one connected to it Control bus available. The transfer The data from the system participants to the central unit via the Data bus connecting the system participants with the central unit.
Das erfindungsgemäße Kommunikations-System oder Avionik-System weist eine modulare Architektur auf, bei der ein einzelner System-Teilnehmer in einem Fehlerfall den Daten-Transfer nicht vollständig verhindern oder blockieren kann. Durch die Verwendung zweier getrennter Busse in dem Kommunikations-System können auch Ethernet-Komponenten verwendet werden, z.B. 10BASE-T:IEEE 802.3 Physical Layer specification for a 10 Mb/s CSMA/CD local area network, IEEE 802.3 Clause 14.; 100BASE-T:IEEE 802.3 Physical Layer specification for a 100 Mb/s CSMA/CD local area network, IEEE 802.3 Clause 22 and 28.. Dabei ist ein "Auto-Collision Detect" nicht mehr notwendig, was bei der Verwendung eines einzelnen Bus-Systems nicht ausgeschlossen werden kann.The inventive communication system or avionics system has a modular architecture in which a single system participant in an error, the data transfer not completely prevent or block. By using two separate Buses in the communication system can also use Ethernet components can be used, e.g. 10BASE-T: IEEE 802.3 Physical Layer Specification for a 10 Mb / s CSMA / CD local area network, IEEE 802.3 Clause 14 .; 100BASE-T: IEEE 802.3 Physical Layer specification for a 100 Mb / s CSMA / CD local area network, IEEE 802.3 Clause 22 and 28 .. An "Auto-Collision Detect" is no longer necessary when using a single bus system is not excluded can be.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen dualen Bus-Systems hat den Vorteil, dass ein kontinuierlicher Daten-Übertragung von der Zentral-Einheit zu den System-Teilnehmern gewährleistet ist. Weiterhin wird mit einfachen Mitteln ein synchrones Kommunikations-System bereitgestellt, die eine einfache Anwendung einer Audiodaten-Übertragung erlaubt.The use of the dual bus system according to the invention has the advantage that a continuous data transmission from the central unit to the system users is ensured. Furthermore, a synchronous communication system is provided with simple means, the one multiple use of audio data transmission allowed.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigen:in the The invention will be described with reference to the accompanying figures. Show it:
Das
erfindungsgemäße Kommunikations-System
In
dem Kommunikations-System können grundsätzlich funktional
verschiedenartige Teilnehmer eingesetzt werden. In speziellen Anwendungsfällen können auch
gleichwertige Teilnehmer T verwendet werden. Der funktionale Aufbau
einer Ausführungsform
eines in dem erfindungsgemäßen System
verwendbaren Teilnehmers ist in der
Die
empfangenen Daten in jedem Datensatz oder Datenframe (Bus Frame)
werden in dem Dateneingangs-Zwischenspeicher (Data Input Buffer)
Bei
der Verwendung von Ethernet-Verbindungen für die Busse
Die
Zentral-Einheit
Das Übertragungs-Modul
Ein
Empfangs-Modul
- 1. eine Initialisierungs-Phase,
- 2. eine Konfigurations-Phase,
- 3. eine Nutzdaten-Phase.
- 1. an initialization phase,
- 2. a configuration phase,
- 3. a payload phase.
Dadurch
kann die Daten-Kapazität
der jeweils am Bus-System angekoppelten Teilnehmer T angepasst und
optimiert werden. Während
der Initialisierungs-Phase
prüft die
Zentral-Einheit
Dies
kann entweder durch die Zentral-Einheit
Jeder
Daten-Satz (Data Frame)
Das
Synchronisierungs-Signal
Die
Dem
Synchronisierungs-Signal
Auf
diese Weise kann eine vorbestimmte Menge der Nutzdaten z.B. für Audiodaten
verwendet werden, die kontinuierlich als Mehrkanal-Übermittlung
oder Multi-Channel Broadcast von der Zentral-Einheit
Jeder
Datenrahmen
Dem
beschriebenen Daten-Rahmen
Während der
Konfigurationsphase reagiert der Teilnehmer T aufgrund des Empfangs
seiner eigenen Adresse mit dem Absenden eines einfachen Datensatzes
oder -rahmens
Nach
dem Senden durch einen Teilnehmer T adressiert die Zentral-Einheit
Während der
Konfigurations-Phase legt die Zentral-Einheit
Die
Zentral-Einheit
Durch
diese Festlegung sind in der dann folgenden Nutzdatenübertragungs-Phase sämtliche Datensätze oder
Data Frames
Die Erfindung kann IEEE 802.3-Komponenten (Physical layer IEEE 802.3) für den Datenbus verwenden. Die Realisierung kann mittels Ethernet-Komponenten erfolgen.The Invention may be IEEE 802.3 components (Physical Layer IEEE 802.3) for the Use data bus. The realization can be done by means of Ethernet components respectively.
Zur
Verwendung der Erfindung in sicherheits-kritischen Systemen kann
der Kontroll-Bus
Zur schnellen Audiodaten-Übertragung kann die Kontroll-Zeit-Wiederherstellung (master clock recovery) durch integrierte Standard PLLS (nach IEEE 802.3-Standard) realisiert sein.to fast audio data transmission can control clock recovery (master clock recovery) be implemented by integrated standard PLLS (according to IEEE 802.3 standard).
Der
Daten-Austausch zwischen am System
Der
Daten-Austausch zwischen Teilnehmern T kann auf einfache durch Spiegelung
(„mirroring") der Daten in dem
Austausch-Zwischenspeicher
Claims (13)
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